Μελέτη της επίδρασης του ιξώδους στην οριζόντια διφασική ροή σε αγωγούς μικρής διαμέτρου

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του ιξώδους στην διφασική ροή υγρού(γλυκερίνη/νερό) και αέρα μέσα σε κυκλικό αγωγό εσωτερικής διαμέτρου 3 mm. Η διφασική ροή μπορεί να παρατηρηθεί τόσο σε βιομηχανικές διεργασίες, όσο και σε διεργασίες της καθημερινής ζωής μας. Η φάση των δύο «συστατικών» της ροής μπορεί να είναι στερεή, υγρή ή αέρια. Η ροή υγρού και αέρα λαμβάνει χώρα σε διεργασίες βρασμού, εξάτμισης, συμπύκνωσης και απορρόφησης αερίων από υγρά στην βιομηχανία, καθώς και σε αγωγούς μεταφοράς πετρελαίου ή αερίων, όπου στην πραγματικότητα παρατηρείται μεταφορά μίγματος υγρού και αέρα. Οι βασικοί στόχοι της εργασίας είναι: Δημιουργία χάρτη περιοχών ροής για το σύστημα υγρού (γλυκερίνης / νερού) - αέρα. Μελέτη της επίδρασης του ιξώδους στις περιοχές ροής. Ανάλυση και περιγραφή των ροών που παρατηρούνται κατά την διαδικασία του πειράματος. Σύγκριση των αποτελεσμάτων της εργασίας με άλλες μελέτες. Αναλυτική μελέτη της ροής με κύματα. Για την υλοποίηση των παραπάνω στόχων χρησιμοποιήθηκε πειραματική διάταξη, που βρίσκεται στο εργαστήριο φυσικών και χημικών διεργασιών του τμήματος μηχανολόγων μηχανικών βιομηχανίας του πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Το μίγμα γλυκερίνης - νερού που χρησιμοποιήθηκε είχε περιεκτικότητα σε γλυκερίνη, που κυμαίνονταν από 44.6% ως 45.6% και το ιξώδες του μίγματος κυμαίνονταν από 4.8 ως 5.2. Η τροφοδοσία του μίγματος γινόταν μέσω αντλίας και ροόμετρων που καθόριζαν την παροχή του. Η τροφοδοσία του αέρα γινόταν από το δίκτυο και η παροχή του ελέγχονταν από ροόμετρα αέρα. Το υγρό και ο αέρας αναμειγνυόταν υπό γωνία στο τμήμα εισόδου και εισέρχονταν σε σωλήνα από plexiglass με εσωτερική διάμετρο 3 mm. Ο διαχωρισμός του μίγματος γινόταν σε κατάλληλο διαχωριστή που βρίσκονταν στο τέλος του σωλήνα. Η παρατήρηση της ροής έγινε με χρήση ψηφιακής κάμερας υψηλής ταχύτητας. Με την βοήθεια των ροόμετρων επιτυγχάνονταν συγκεκριμένοι συνδυασμοί παροχών υγρού και αέρα που ο καθένας από αυτούς αποτελεί και ένα σημείο στο χάρτη ροής. Παρατηρήθηκαν περίπου 1000 συνδυασμοί παροχών, που μας έδωσαν αντίστοιχα 1000 περίπου σημεία. Ο μεγάλος αριθμός των παρατηρήσεων μας επιτρέπει να χαρακτηρίσουμε το πείραμα ως ικανοποιητικά αξιόπιστο. Η σύγκριση με άλλες μελέτες που χρησιμοποιήθηκε μείγμα νερού - αέρα ή γλυκερίνης/νερού - αέρα μας βοηθάει στην περαιτέρω αξιολόγηση τόσο του πειράματος, όσο και της συσκευής που χρησιμοποιήθηκε. Επίσης, με την βοήθεια της ψηφιακής κάμερας και του αντίστοιχου υπολογιστικού πακέτου, υπολογίστηκαν και συγκρίθηκαν οι ταχύτητες κυμάτων και αέρα και πως αυτές επηρεάζονται από το πάχος της υγρής στοιβάδας στο εσωτερικό του σωλήνα. Η χρήση της γλυκερίνης είχε ως αποτέλεσμα την μεταβολή στο ιξώδες και στην επιφανειακή τάση του υγρού. Καταγράφοντας με την κάμερα τις διάφορες ροές και δημιουργώντας τον χάρτη ροών, μας δίνετε η δυνατότητα να ερμηνεύσουμε τον τρόπο που επιδρά η μεταβολή των δύο παραπάνω χαρακτηριστικών του υγρού στην δημιουργία των διαφόρων ροών. Βάση των αποτελεσμάτων αυτής της εργασίας καθώς και άλλων παρόμοιων μελετών γίνεται αντιληπτό ότι η διφασική ροή σε σωλήνες μικρής διαμέτρου αποτελεί ένα αξιόλογο αντικείμενο μελέτης.